碧香早雜交F1代生化成分多樣性分析及特異優(yōu)株篩選

羅 意，雷 雨，段繼華，黃飛毅，康彥凱，丁 玎，陳瑩玉，李賽君

湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所/國(guó)家茶樹(shù)改良中心 湖南分中心/農(nóng)業(yè)部 茶樹(shù)及茶葉加工科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/湖南省茶樹(shù)品種與種苗工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125

我國(guó)歷來(lái)重視茶樹(shù)品種的選育與應(yīng)用，品種資源的豐富度和多樣性也為世界之最[1-2]。雜交育種是茶樹(shù)創(chuàng)造遺傳變異的主要方式，也是獲得新品種的重要途徑[3]。茶葉中的生化成分特別是影響茶葉品質(zhì)的主要生化成分，則是茶類適制性與品質(zhì)優(yōu)劣的物質(zhì)基礎(chǔ)[4-5]。

碧香早為福鼎大白茶×云南大葉種的人工雜交后代，內(nèi)含物豐富，制紅、綠茶品質(zhì)兼優(yōu)[6-8]，且雜交親和力強(qiáng)[9]。本試驗(yàn)研究以從碧香早為親本的7個(gè)雜交組合中篩選出的62個(gè)F1代優(yōu)株為材料，探討不同雜交組合間及各優(yōu)株間生化成分的差異，以期篩選出優(yōu)異新品系，為碧香早的創(chuàng)新利用及茶樹(shù)新品種選育提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以碧香早、保靖黃金茶1號(hào)、金萱、龍井長(zhǎng)葉、菊花春、鐵觀音、云抗10號(hào)等7個(gè)國(guó)家級(jí)或省級(jí)茶樹(shù)品種為雜交親本，根據(jù)親本選配的一般原則[3]，選配雜交組合7個(gè)，獲得631個(gè)F1后代，通過(guò)生長(zhǎng)勢(shì)、物候期、抗性等調(diào)查從中篩選出62個(gè)優(yōu)株（表1）。育種試驗(yàn)地設(shè)在湖南省長(zhǎng)沙縣高橋鎮(zhèn)湖南省茶葉研究所品種試驗(yàn)基地。

表1 參試材料基本信息Table 1 Basic information of test materials

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制作

采摘春季第1輪新梢的一芽二葉，采用微波殺青制蒸青樣，用于生化成分測(cè)定。

1.2.2 生化成分測(cè)定

水浸出物、咖啡堿、茶多酚和氨基酸含量分別采用國(guó)標(biāo)GB/T 8305、GB/T 8312、GB/T 8313和GB/T 8314進(jìn)行測(cè)定，各生化成分的測(cè)定均為3次重復(fù)的平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel及Spss 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)（H'）前先對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行質(zhì)量化處理，以每個(gè)性狀級(jí)差的 1/10 為間距將各性狀分為 10 個(gè)等級(jí)，表型性狀的遺傳多樣性指數(shù)采用Shannon-Weave 指數(shù)（H'） ，計(jì)算公式為：H' = -∑PjlnP j，其中Pj為某性狀第j個(gè)代碼出現(xiàn)的頻率[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1代主要生化成分含量及遺傳多樣性

由表2可知， 62個(gè)F1代生化成分差異較大。茶多酚含量的變化幅度為15.65% ～ 29.20%，均值為22.36%；氨基酸含量的變化幅度為3.05%～ 6.77%，均值為4.45%；咖啡堿含量的變化幅度為2.35% ～ 4.91%，均值為3.66%；水浸出物含量的變化幅度為34.00% ～ 41.61%，均值為37.04%；酚氨比的變化幅度為2.51 ～ 8.73，均值為5.38。F1代主要生化成分的變異系數(shù)最大的是酚氨比（31.11%），其次為氨基酸（23.37%），最小的是水浸出物（4.54%），說(shuō)明在生化成分的改良上，氨基酸的改良潛力最大，水浸出物的改良潛力最小。

表2 F1代主要生化成分指標(biāo)Table 2 Main biochemical components of F1 generation

62個(gè)F1代優(yōu)株品質(zhì)成分平均多樣性指數(shù)為2.05%，變化范圍為1.85% ～ 2.16%，具有豐富的遺傳多樣性。其中，氨基酸遺傳多樣性指數(shù)最大，為2.16，說(shuō)明氨基酸含量在62個(gè)F1代中多樣性廣泛，包含的信息量較大；其次是茶多酚、酚氨比和水浸出物，分別為2.11、2.08和2.03；最小的是咖啡堿，為1.85。

2.2 F1代主成分分析

由7個(gè)雜交組合F1代的生化成分主成分分析可知（表3），共提取2個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.050%，包含了所有性狀的大部分信息。第1主成分特征值為2.942，貢獻(xiàn)率為58.848%，對(duì)應(yīng)的特征向量以酚氨比、氨基酸影響最大，為高度相關(guān)因子，其次為茶多酚，其中氨基酸的影響為負(fù)，反映的主要是酚氨比的信息；第2主成分特征值為1.410，貢獻(xiàn)率為28.201%，對(duì)應(yīng)的特征向量以水浸出物影響最大。

表3 F1代生化成分含量主成分分析Table 3 Principal component analysis of biochemical component content of F1 generation

2.3 F1代聚類分析

對(duì)以碧香早為雜交親本F1代62個(gè)優(yōu)株生化成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行聚類（圖1），根據(jù)聚類結(jié)果將優(yōu)株分為3大類群（圖1），并對(duì)各類群生化成分進(jìn)行比較分析（表4）。3大類群間各生化成分差異顯著，茶多酚、氨基酸、酚氨比等3大類群間均存在極顯著差異；水浸出物第Ⅱ類群與第Ⅰ和第Ⅲ類群存在極顯著差異；咖啡堿第Ⅲ類群與第Ⅰ和第Ⅱ類群存在極顯著差異。第Ⅰ類群包括30個(gè)優(yōu)株，分別來(lái)自B×H組合20個(gè)、B×X組合4個(gè)、B×Y組合2個(gè)、B×L組合1個(gè)和J×B組合3個(gè)；第Ⅱ類群包括16個(gè)優(yōu)株，分別來(lái)自B×H組合11個(gè)、B×X組合2個(gè)、B×Y組合1個(gè)、J×B組合1個(gè)和T×B組合1個(gè)；第Ⅲ類群包括16個(gè)優(yōu)株，分別來(lái)自B×H組合4個(gè)、B×X組合1個(gè)、B×T組合7個(gè)、B×L組合2個(gè)和T×B組合2個(gè)。

圖1 62個(gè)F1代優(yōu)株聚類圖Figure 1 Clustering diagram of 62 F1 excellent plants

表4 不同類群的主要生化成分比較Table 4 Comparison of main biochemical components of different groups

總體比較，第Ⅱ類群生化成分含量豐富，水浸出物（38.26% ± 1.05%）、茶多酚（25.94%± 1.35%）和酚氨比（7.30 ± 0.98）平均含量最高，適制紅茶；第Ⅲ類群氨基酸平均含量（5.75%± 0.67%）最高，茶多酚含量（18.36% ± 1.65%）及酚氨比（3.24 ± 0.49）平均最低，適制綠茶；第Ⅰ類群優(yōu)株生化成分含量中等，酚氨比適中（6.45 ± 0.97），屬于紅綠茶兼制。

2.4 不同雜交組合生化成分含量

以碧香早為親本的7個(gè)雜交組合間生化成分差異明顯，部分組合在茶多酚、氨基酸、酚氨比上有顯著差異，所有組合的水浸出物、咖啡堿含量無(wú)顯著差異（圖2）。雜交組合B×T與B×L間茶多酚含量差異不顯著，但兩者均與其余組合差異顯著；雜交組合B×Y與B×T、B×L的氨基酸含量、酚氨比均差異顯著，B×T與B×Y、B×X的氨基酸含量差異顯著，B×T與B×Y、B×X、B×H的酚氨比差異顯著。

圖2 7個(gè)雜交組合生化成分比較Figure 2 Comparison of biochemical components of 7 hybrid combinations

2.5 特異優(yōu)株篩選

參照《農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源評(píng)價(jià)規(guī)范——茶樹(shù)》（NY/T 2031—2011）相關(guān)指標(biāo)，從7個(gè)雜交組合F1代的62個(gè)優(yōu)株中初步篩選出高氨基酸（≥5%）特異優(yōu)株20個(gè)，占優(yōu)株總數(shù)的32.26%；這20個(gè)優(yōu)株分別來(lái)自除B×Y以外的6個(gè)組合，其中組合B×T和B×H優(yōu)株數(shù)最多，各7個(gè)，分別占其組合優(yōu)株數(shù)的100%和20%。高茶多酚（≥25%）特異優(yōu)株13個(gè)，占比20.97%；這13個(gè)優(yōu)株分別來(lái)自B×H、B×X、B×Y和T×B 等4個(gè)組合。高水浸出物（≥40%）特異優(yōu)株2個(gè)，占優(yōu)株總數(shù)的5.71%；這2個(gè)優(yōu)株均來(lái)自組合B×H。優(yōu)株編號(hào)為B×H19和B×H21的2個(gè)優(yōu)株氨基酸和水浸出物含量均達(dá)特異資源標(biāo)準(zhǔn)。這些特異種質(zhì)資源可作為選育茶樹(shù)特色新品種和雜交親本的材料（表5）。

表5 生化成分含量特異優(yōu)株Table 5 Excellent plants with specific biochemical component content

3 結(jié)論與討論

遺傳多樣性是新品種選育的基礎(chǔ)，多樣性指數(shù)越高，改良或選育新品種的潛力就越大。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)以碧香早為雜交親本的62個(gè)F1代優(yōu)株生化成分進(jìn)行系統(tǒng)鑒定和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)變異類型較豐富，在酚氨比和氨基酸含量上變異系數(shù)較高，說(shuō)明在酚氨比和氨基酸含量上有很大的選擇潛力，主要生化成分變異系數(shù)的大小順序與廣西[4]、貴州[11]等自然群體資源類似；同時(shí)，也存在較高的遺傳多樣性，平均指數(shù)達(dá)到2.05，除咖啡堿外，其余成分遺傳多樣性指數(shù)均大于2.0，說(shuō)明這些生化成分的多樣性指數(shù)豐富，具有較好的改良潛力。

對(duì)62個(gè)F1代優(yōu)株生化成分進(jìn)行主成分分析，共提取2個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.050%，能反應(yīng)所提供的絕大部分信息，各主成分包含的信息具有一定的相關(guān)性，不同的成分在2個(gè)主成分中具有不同的載荷值，氨基酸與咖啡堿含量對(duì)主成分具有負(fù)載荷。以歐氏距離12為閾值將62個(gè)F1代優(yōu)株分為3大類群，3大類群間茶多酚、氨基酸、酚氨比兩兩存在極顯著差異；水浸出物第Ⅱ類群與第Ⅰ和第Ⅲ類群存在極顯著差異；咖啡堿第Ⅲ類群與第Ⅰ和第Ⅱ類群存在極顯著差異。第Ⅰ類群包含30個(gè)優(yōu)株，各優(yōu)株生化成分含量中等，酚氨比適中，屬紅綠茶兼制類型；第Ⅱ類群包括16個(gè)優(yōu)株，各優(yōu)株生化成分含量豐富，水浸出物、茶多酚和酚氨比高，多數(shù)適制紅茶；第Ⅲ類群包括16個(gè)優(yōu)株，氨基酸含量高，茶多酚含量及酚氨比低，適制綠茶。

組合碧香早×保靖黃金茶1號(hào)57.14%（20個(gè)）的F1代優(yōu)株屬于紅綠茶兼制，31.43%（11個(gè)）適制紅茶，11.43%（4個(gè)）適制綠茶；組合碧香早×鐵觀音的F1代優(yōu)株全部聚于Ⅲ類，適制綠茶；組合碧香早×龍井長(zhǎng)葉及鐵觀音×碧香早各66.67%（2個(gè)）的F1代優(yōu)株聚于Ⅲ類，適制綠茶；組合碧香早×金萱及菊花春×碧香早的F1代優(yōu)株多數(shù)聚于Ⅰ類，屬于紅綠茶兼制。由此可見(jiàn)，以碧香早為母本，鐵觀音和龍井長(zhǎng)葉為父本的雜交F1代多適制綠茶，而以保靖黃金茶1號(hào)和金萱為父本的F1代多為紅綠茶兼制，這可能與其親本本身特性有關(guān)，與李賽君[10]、楊素娟[12]、黃華林[13]和陳宇宏[14]等關(guān)于鐵觀音、龍井長(zhǎng)葉、金萱、保靖黃金茶1號(hào)的適制性相符。

本試驗(yàn)通過(guò)系統(tǒng)鑒定評(píng)價(jià)，初步篩選出一批生化成分特異的組合及優(yōu)株。其中以碧香早和鐵觀音為親本的正反交后代均為特異優(yōu)株（100%）；其次為組合碧香早×保靖黃金茶1號(hào)（45.71%），且其后代中有2個(gè)優(yōu)株（B×H19和B×H21）在氨基酸和水浸出物含量上均達(dá)特異資源標(biāo)準(zhǔn)。這些特異資源的篩選可為特色茶樹(shù)新品種選育及茶葉精深加工提供材料。由于茶樹(shù)結(jié)實(shí)率低，親本親和力差異大，導(dǎo)致本試驗(yàn)研究中有幾個(gè)組合后代數(shù)量偏少，不能完全評(píng)價(jià)雜交組合及其優(yōu)株情況。因此，今后將進(jìn)一步擴(kuò)大這幾個(gè)雜交組合后代數(shù)量，對(duì)以碧香早為親本的雜交后代及其組合開(kāi)展更深入研究，以探明主要生化成分的遺傳規(guī)律，篩選出更多優(yōu)勢(shì)組合。